Universität Osnabrück, Graduiertenkolleg Mikrostruktur oxidischer

GRADUIERTENKOLLEG MIKROSTRUKTUR OXIDISCHER KRISTALLE 61
Die Absorptionsmessungen deuten darauf hin, dass in dem nominell reinen Kristall die Konzentration an Eisen
und Rhodium relativ klein ist. Trotzdem ist die effektive Störstellendichte überraschend groß. Daher sind in
dieser Probe andere Verunreinigungen oder intrinsische Defekte als photorefraktive Zentren wirksam.
Die holographisch ermittelten effektiven linearen elektrooptischen Koeffizienten r33(515) und r33(633) für Licht der
Wellenlängen 515 bzw. 633 nm sind ungefähr vier- bis fünfmal kleiner als die an einem freien Kristall gemessenen
Werte r33(515) = 140 pmV -1 und r33(633) = 130 pmV -1 [6]. Diese kleinen Koeffizienten und daraus resultierende
zu kleine Sättigungsbrechungsindexänderungen werden auch in BaTiO3, KTN und KNbO3 beobachtet [7-9].
Gründe sind ein aufgrund des piezoelektrischen Effekts teilweise eingespannter Kristall [10,11] und Brechungsindexinhomogenitäten,
die den Modulationsgrad des Lichtmusters herabsetzen [7,9]. Die rhodiumdotierten
Proben und der oxidierte Kristall zeigen signifikant größere Werte als die übrigen Proben, was auf eine bessere
Kristallqualität hindeutet.
Die Zunahme der effektiven Störstellendichte durch Rhodium- und Eisendotierung und durch Oxidation zeigt,
dass raumladungsfeldbegrenzende Effekte abnehmen. Dies führt zu höheren Sättigungsbrechungsindexänderungen
und höheren Strahlkopplungsverstärkungen. In diesem Sinne verbessert eine Dotierung mit Eisen oder
Rhodium und eine oxidierende Behandlung die holographischen Eigenschaften von BCT-Kristallen.
2.2 Nichtstationäre Photoströme
Mit der Technik der nichtstationären Photoströme [12] werden eisendotierte BCT- Kristalle untersucht. Die
Berücksichtigung raumladungsfeldbegrenzender Effekte ermöglicht dabei die Bestimmung der Debyeschen
Abschirmlänge. Für BCT (140 ppm Fe) ergeben sich die Debyeschen Abschirmlängen 0.16 und 0.09 µm für den
Ladungstransport senkrecht und parallel zur polaren Achse. Die Längen können auch aus den richtungsabhängigen
Dielektrizitätskonstanten ε [1] und der effektiven
Störstellendichte aus Tabelle 1 gemäß
L εε
2
Debye 0 B /( eff
N e T k =
ermittelt werden (εo: Dielektrizitätskonstante im Vakuum, kB: Boltzmann-Konstante, T: Temperatur, e: Elementarladung).
Es ergeben sich die Längen 0.17 µm und 0.08 µm senkrecht zur polaren Achse bzw. parallel dazu.
Die Übereinstimmung zwischen den Ergebnissen aus verschiedenen experimentellen Zugängen ist ausgezeichnet.
Außerdem konnte die Diffusionslänge LDiff = 0.06 µm bestimmt werden. Aus der Diffusionslänge ergibt
sich mit
L = µτk
T / e
Diff
das Produkt µτ = 1.4 x 10- 9 cm 2 V -1 aus Driftbeweglichkeit und Lebensdauer freier Ladungsträger (Löcher). Es
ist unerwartet, dass dieses Produkt entlang der beiden untersuchten Kristallachsen gleich ist. Aus der Anisotropie
der Photoleitfähigkeit ergibt sich nämlich, dass die Driftbeweglichkeit parallel zur polaren Achse 6-mal
kleiner ist als senkrecht dazu. Die Ursache ist, dass Änderungen der Messwerte im Rahmen der Messgenauigkeit
von 20% eine Änderung der angepassten Diffusionslänge um den Faktor zwei bis drei hervorrufen. Daher kann
der Wert nur als Abschätzung betrachtet werden.
Die auf Strontium-Barium-Niobat erfolgreich angewandte Kombination nichtstationärer Photoströme mit zeitlich
modulierten Magnetfeldern zur Messung der Hall-Beweglichkeit hat bisher aufgrund zu kleiner Hall-
Signale in BCT zu keinen Ergebnissen geführt.
2.3 Thermisches Fixieren
Das thermische Fixieren ermöglicht es, Information permanent zu speichern. Der Fixierprozess lässt sich wie
folgt beschreiben: Beim Aufzeichnen eines Hologramms bei Raumtemperatur ist die Ladungsträgerumverteilung
beendet, sobald sich ein Gleichgewicht zwischen den Diffusions- und volumenphotovoltaischen Ladungsantrieben
und der entgegenwirkenden Drift im Raumladungsfeld eingestellt hat. Bei höheren Temperaturen (üblicherweise
100 bis 200 °C) beobachtet man dagegen nach einem schnellen Aufbau eine meist langsamer verlaufende
Kompensation des Raumladungsfeldes. Die Ladungsträgerumverteilung wird dann solange fortgesetzt, bis
der Kompensationsmechanismus stoppt oder ein Mangel an Ladungsträgerfängern oder -spendern auftritt. Da-
B
)